JP5255551B2

JP5255551B2 - 検査装置および配線回路基板の検査方法

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Publication number: JP5255551B2
Application number: JP2009260790A
Authority: JP
Inventors: 輝一井原
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2029-11-16
Also published as: JP2011106907A

Description

本発明は、検査装置および配線回路基板の検査方法、詳しくは、配線回路基板の導体パターンの良否の検査に用いられる検査装置、および、それが用いられる配線回路基板の検査方法に関する。

従来より、回路付サスペンション基板などの配線回路基板は、金属支持層およびその上に形成される導体パターンを備えている。このような配線回路基板では、導体パターンに不良があると、接続信頼性が低下するため、導体パターンの良否を検査している。
そのような検査には、検査光を導体パターンに入射させ、導体パターンから反射する検査光を検知することにより、導体パターンの良否を判定するＡＯＩ（光学式自動外観検査）装置が用いられている。

例えば、半導体チップの上方に対向配置され、互いに同軸上に設けられる同軸照明およびＣＣＤカメラと、半導体チップの上方斜め側方に対向配置されるリング照明とを備える検査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
この検査装置では、同軸照明およびリング照明を併用している。つまり、同軸照明から同軸照明光を半導体チップに入射させるとともに、リング照明からリング照明光を半導体チップに入射させて、半導体チップから反射する同軸照明光およびリング照明光の両方をＣＣＤカメラによって同時に検知することによって、半導体チップの上に形成されるバンプの有無を検査している。

すなわち、特許文献１に記載の検査装置では、同軸照明が、同軸照明光を、ＣＣＤカメラの光軸と平行するように、半導体チップに入射させるとともに、リング照明が、リング照明光を、ＣＣＤカメラの光軸と比較的大きな角度（約７５度）をなすように、半導体チップに入射させている。

特開２０００−２２１０１４号公報

しかし、特許文献１に記載の検査装置を、回路付サスペンション基板に形成される導体パターンの良否の検査に用いると、導体パターンの端部において反射する同軸照明光が、導体パターンの周辺の金属支持層において反射するリング照明光と同時に撮像されてしまい、ＣＣＤカメラにおいて、不鮮明な画像が撮像されてしまう場合がある。その場合には、導体パターンの良否を精度よく検査できないという不具合がある。

本発明の目的は、導体パターンの良否を精度よく検査することのできる検査装置および配線回路基板の検査方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の検査装置は、金属支持層および前記金属支持層の上に形成される導体パターンを備える配線回路基板の前記導体パターンの良否を検査するための検査装置であって、前記金属支持層および前記導体パターンに入射する入射光を発光する発光部と、前記入射光が前記金属支持層および前記導体パターンにおいて反射された反射光を受光する受光部とを備え、前記発光部および前記受光部は、前記入射光の光軸と前記反射光の光軸とが一致するように配置され、前記発光部は、前記入射光の光軸と同一直線上にある直線光と、前記配線回路基板に向かうに従って集光され、前記入射光の光軸に対して傾斜する傾斜光とを含む前記入射光を発光することを特徴としている。

また、本発明の検査装置では、前記傾斜光は、前記入射光の光軸との成す角度が５度を超過する広角光を含んでいることが好適であり、さらには、前記広角光は、前記入射光の光軸との成す角度が２０度以下であることが好適である。
また、本発明の検査装置では、前記入射光の波長が、５５０〜８５０ｎｍであることが好適である。

また、本発明の配線回路基板の検査方法は、上記した検査装置を用いて、前記配線回路基板における前記導体パターンの良否を検査することを特徴としている。

本発明の検査装置および配線回路基板の検査方法によれば、発光部によって、直線光を導体パターンの上面で確実に反射させることができるとともに、傾斜光を導体パターンの側面で確実に反射させることができる。
そのため、上記した導体パターンで反射された反射光を、受光部によって確実に受光することにより、鮮明な導体パターンの画像を得ることができる。

その結果、リング照明を不要として、リング照明光が金属支持層において反射され、そこで反射された反射光に基づく不鮮明な画像の撮像を防止でき、導体パターンの良否を精度よく検査することができる。

図１は、本発明の検査装置の一実施形態の概略構成図である。図２は、図１に示す入射光の拡大図である。図１の検査装置により検査される導体パターンを備える配線回路基板の一実施形態である回路付サスペンション基板の断面図である。図４は、実施例１（同軸照明が単独採用され、傾斜光が広角光および狭角光を含む態様）の画像処理図である。図５は、実施例２（同軸照明が単独採用され、傾斜光が狭角光のみを含む態様）の画像処理図である。図６は、比較例１（同軸照明およびレンズ照明が併用される態様）の画像処理図である。

図１は、本発明の検査装置の一実施形態の概略構成図、図２は、図１に示す入射光の拡大図、図３は、図１の検査装置により検査される導体パターンを備える配線回路基板の一実施形態である回路付サスペンション基板の断面図を示す。
図１において、紙面手前側を「右側」、紙面奥側を「左側」、紙面左側を「前側」、紙面右側を「後側」、紙面上側を「上側」、紙面下側を「下側」とする。

図１において、この検査装置１は、回路付サスペンション基板２０の導体パターン２３（図３参照。）の良否を検査するためのＡＯＩ装置であって、検査において回路付サスペンション基板２０が後側から前側に向かって搬送（後述）されるように設けられている。
検査装置１は、同軸照明による検知方式が単独で採用され、回路付サスペンション基板２０の上側に配置されており、発光部２と、ハーフミラー３と、受光部４とを備えている。

発光部２は、検査装置１の上側後方に配置されており、支持板１９およびそれに支持される光源１２を備えている。
支持板１９は、上下方向および左右方向に沿う略矩形平板状に形成されている。
光源１２は、照射光６をハーフミラー３に照射するために設けられており、支持板１９の前面に配置され、照射口が前側に向かうように配置されている。光源１２は、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）、蛍光灯、白熱灯、ハロゲン灯などからなり、好ましくは、入射光（後述）の波長の観点から、ＬＥＤからなる。光源１２は、好ましくは、複数のＬＥＤが上下方向および左右方向に沿って複数整列配置されている。

また、発光部２には、図示しないが、光源１２から照射される照射光６が次に説明するハーフミラー３に所定の幅で集光されるように、遮蔽板などの光調整手段などが設けられている。
発光部２は、光源１２から照射光６を発光（照射）し、照射光６を、必要により光調整手段によって、ハーフミラー３に向かって集光させる。照射光６の光軸（照射光軸）２６は、前後方向に沿って延び、光源１２の中心とハーフミラー３の中心とを結ぶ線分と同一直線上にある。

ハーフミラー３は、検査装置１の略中央に配置されており、具体的には、発光部２の前側に間隔を隔てて対向配置されている。ハーフミラー３は、前側に向かって下方に傾斜するように配置されている。
ハーフミラー３は、同軸照明に用いられる公知のハーフミラーからなり、具体的には、発光部２から前方に照射された照射光６を下側に反射可能で、かつ、回路付サスペンション基板２０において反射された反射光１１を上側に透過可能に形成されている。

発光部２から照射された照射光６は、ハーフミラー３によって下側に反射されて入射光７となる。
また、ハーフミラー３の下面（後面）は、必要により、入射光７が回路付サスペンション基板２０の表面に集光されるように、凹状など、適宜の形状に湾曲されていてもよい。
入射光７の光軸としての入射光軸１３は、上下方向に沿って延び、回路付サスペンション基板２０とハーフミラー３の中心とを結ぶ線分と同一直線上にある。

そして、上記した発光部２による照射光６の前方への照射およびハーフミラー３における照射光６の下方への反射により、入射光７は、図２に示すように、入射光軸１３と同一直線上にある直線光８と、回路付サスペンション基板２０に向かうに従って集光される傾斜光９とを連続して含んでいる。
直線光８は、図１に示すように、照射光６がハーフミラー３の中央において反射された光であり、直線光８は、上下方向にわたって入射光軸１３と一致している。

傾斜光９は、照射光６がハーフミラー３の中央以外の部分（周辺部）において反射された光であって、下方に向かうに従って入射光軸１３に近接するように、入射光軸１３に対して傾斜している。また、傾斜光９は、図２に示すように、広角光１０および狭角光３０を連続して含んでいる。
広角光１０は、入射光軸１３との成す角度αが、５度を超過しており、例えば、５度を超過し、３０度未満、好ましくは、５度を超過し、２０度以下、さらに好ましくは、５度を超過し、１５度以下である。

狭角光３０は、入射光軸１３との成す角度βが、０度を超過し、５度以下である。
また、入射光７の波長（つまり、照射光６の波長）は、例えば、５５０〜８５０ｎｍ、好ましくは、６００〜７５０ｎｍである。
受光部４は、図１に示すように、検査装置１の上側中央に配置され、具体的には、ハーフミラー３の上側に間隔を隔てて対向配置されている。また、受光部４は、その下面が、反射光１１を受光する受光面となるように配置されている。

具体的には、受光部４は、例えば、近赤外線カメラ、ＣＣＤカメラなどからなり、好ましくは、汎用性の観点から、ＣＣＤカメラからなる。
また、反射光１１の光軸としての反射光軸１４は、上下方向に沿って延び、回路付サスペンション基板２０と受光部４の受光面の中心とを結び、ハーフミラー３の中心を通過する線分と同一直線上にある。すなわち、発光部２および受光部４は、反射光軸１４が入射光軸１３と一致するように配置されている。

また、検査装置１には、ＣＰＵ（図示せず）および支持台５が設けられている。
図示しないＣＰＵは、受光部４に接続されている。
支持台５は、その上面が、回路付サスペンション基板２０の下面と摺動可能、かつ、支持可能な平滑面として形成されている。
検査装置１の上記した各部材の寸法は、上記した広角光１０を含む傾斜光９が形成されるように適宜設定されている。具体的には、ハーフミラー３の長さ（上下方向および前後方向に傾斜する傾斜方向長さ）Ｌ１が、例えば、２０〜３０ｍｍに設定され、左右方向長さ（図示されない）が、例えば、３０〜４０ｍｍに設定され、ハーフミラー３の中心と支持台５の上面との間隔（上下方向長さ、ワークディスタンス）が、例えば、５〜１０ｍｍに設定されている。

次に、上記した検査装置１を用いて、回路付サスペンション基板２０における導体パターン２３の良否を検査する検査方法について説明する。
回路付サスペンション基板２０は、図３に示すように、長手方向に延びる平帯シート形状の金属支持層２１に、ベース絶縁層２２と、ベース絶縁層２２の上に形成される導体パターン２３と、ベース絶縁層２２の上に、導体パターン２３を被覆するように形成されるカバー絶縁層２４とが複数形成される回路付サスペンション基板集合体シートとして得られている。

つまり、回路付サスペンション基板２０は、長尺状の金属支持層２１に、その長手方向に沿って複数形成されている。
金属支持層２１を形成する金属材料としては、例えば、ステンレス、４２アロイ、アルミニウム、銅−ベリリウム、りん青銅などの金属材料が用いられる。好ましくは、ステンレスが用いられる。金属支持層２１の厚みは、例えば、１５〜５０μｍ、好ましくは、２０〜３５μｍである。

ベース絶縁層２２を形成する絶縁材料としては、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、アクリル、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルスルホン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート、ポリ塩化ビニルなどの合成樹脂が用いられる。好ましくは、光に対する透過特性などの観点から、ポリイミドが用いられる。ベース絶縁層２２の厚みは、例えば、５〜５０μｍ、好ましくは、１０〜４０μｍである。

導体パターン２３を形成する導体材料としては、例えば、銅、ニッケル、金、はんだ、またはこれらの合金などの導体材料が用いられる。好ましくは、光に対する反射特性の観点から、銅が用いられる。
導体パターン２３は、長手方向に沿って延び、幅方向（長手方向に直交する方向）において互いに間隔を隔てて並列配置される配線２５と、各配線２５の長手方向両端部に配置される図示しない端子部とを一体的に備えている。また、各配線２５は、カバー絶縁層２４に被覆される一方で、図示しない各端子部は、カバー絶縁層２４から露出している。また、導体パターン２３は、断面（幅方向断面）視略矩形状に形成されている。

また、導体パターン２３は、鏡面光沢度（入射角４５度）が、例えば、４００〜１２００％、好ましくは、６００％以上である。鏡面光沢度が上記した範囲にあれば、反射光１１の強度を高めて、得られる導体パターン２３の画像をより一層鮮明にすることができる。
なお、鏡面光沢度は、ＪＩＳＺ８７４１−１９９７「鏡面光沢度−測定方法」に準拠して、入射角４５度にて測定することができる。このような鏡面光沢度は、通常の光沢度計によって測定することができる。

また、導体パターン２３の波長５５０〜８５０ｎｍの光に対する反射率（入射角５度）は、例えば、７５％以上、好ましくは、８５％以上である。反射率が上記した範囲にあれば、反射光１１の強度を高めて、得られる導体パターン２３の画像をより一層鮮明にすることができる。
さらに、導体パターン２３の表面粗さは、例えば、２０〜１５０ｎｍ、好ましくは、１００ｎｍ以上である。

表面粗さは、算術平均表面粗さとして算出され、具体的には、レーザー顕微鏡を用いた表面観察から得られる表面粗さの算術平均Ｒａとして求められる。また、この算術平均粗さは、ＪＩＳＢ０６０１−１９９４に準拠して求められる。
表面粗さが上記した範囲にあれば、反射光１１の強度を高めて、得られる導体パターン２３の画像をより一層鮮明にすることができる。

導体パターン２３の厚みは、例えば、３〜３０μｍ、好ましくは、５〜２０μｍである。また、各配線２５および各端子部の幅は、同一または相異なっていてもよく、例えば、５〜５００μｍ、好ましくは、１５〜２００μｍであり、各配線２５間の間隔および各端子部間の間隔は、同一または相異なっていてもよく、例えば、５〜２００μｍ、好ましくは、５〜１００μｍである。

カバー絶縁層２４を形成する絶縁材料としては、上記したベース絶縁層２２を形成する絶縁材料と同様の絶縁材料が用いられ、好ましくは、光に対する透過特性などの観点から、ポリイミドが用いられる。
カバー絶縁層２４は、ベース絶縁層２２の表面に、配線２５を被覆し、かつ、端子部を露出するパターンで形成されている。カバー絶縁層２４の厚みは、例えば、１０〜５０μｍ、好ましくは、１４〜２０μｍである。

検査装置１を用いる検査は、長尺状の回路付サスペンション基板２０を搬送装置１５を用いて搬送して、実施する。搬送装置１５は、例えば、前後方向に互いに間隔を隔てて配置される巻出ロール１６および巻取ロール１７を備えている。検査装置１は、前後方向において、巻出ロール１６および巻取ロール１７の間に配置されている。搬送装置１５では、巻出ロール１６に長尺状の金属支持層２１がロール状に巻回されており、その金属支持層２１を、巻取ロール１７が巻き取るようにロール搬送する。そして、このロール搬送の途中において、検査を実施する。

この検査では、検査装置１において、発光部２により照射され、上記した直線光８および傾斜光９を含む入射光７を、回路付サスペンション基板２０における金属支持層２１および導体パターン２３に入射させる。
具体的には、入射光７を回路付サスペンション基板２０の上側から回路付サスペンション基板２０の上面に向けて照射する。

より具体的には、図２が参照されるように、入射光７を、導体パターン２３、および、それの周辺の金属支持層２１に入射させる。なお、配線２５に入射する入射光７は、カバー絶縁層２４を透過している。また、金属支持層２１に入射する入射光７は、図２に図示されないが、カバー絶縁層２４およびベース絶縁層２２を順次透過している。
次いで、図１に示すように、入射光７が金属支持層２１および導体パターン２３の表面において反射して、金属支持層２１および導体パターン２３から反射する反射光１１が、ハーフミラー３を介して、受光部４によって検知される。なお、配線２５において反射される反射光１１は、カバー絶縁層２４を透過している。また、金属支持層２１において反射される入射光７は、ベース絶縁層２２およびカバー絶縁層２４を順次透過している。

続いて、受光部４によって検知した反射光１１の光量を、ＣＰＵ（図示せず）によってデータ処理して、画像処理図（回路付サスペンション基板２０の平面視における画像処理図であって、図４〜図６参照。）を形成し、形成した画像処理図において、導体パターン２３を現すことにより、導体パターン２３の形状の良否を検査する。
詳しくは、導体パターン２３において反射された反射光１１と、金属支持層２１において反射された反射光１１との光量の差によって、導体パターン２３のパターンデータを取得して、ＣＰＵにより、画像処理図を形成する。導体パターン２３は、画像処理図に現されており、それに基づいて、例えば、配線２５または端子部の欠陥部分、または、図３の仮想線で示す配線２５間または端子部間の短絡部分３１などを正確に判定する。

そして、導体パターン２３の欠陥部分および／または短絡部分３１がある場合には、導体パターン２３の形状が不良であると判定し、導体パターン２３の欠陥部分および短絡部分３１がない場合には、導体パターン２３の形状が正常であると判定する。
そして、上記した検査装置１を用いる回路付サスペンション基板２０の検査方法によれば、発光部２によって、直線光８を導体パターン２３の上面で確実に反射させることができるとともに、傾斜光９を導体パターン２３の側面で確実に反射させることができる。

そのため、上記した導体パターン２３で反射された反射光１１を、受光部４によって確実に受光することにより、鮮明な導体パターン２３の画像を得ることができる。
その結果、特許文献１に記載されるようなリング照明を不要として、リング照明光が金属支持層２１において反射され、そこで反射された反射光に基づく不鮮明な画像の撮像を防止でき、導体パターン２３の良否を精度よく検査することができる。

なお、上記した図２の説明では、傾斜光９が広角光１０を含むように、発光部２が発光しているが、例えば、図示しないが、広角光１０を含まず、狭角光３０のみを含むように、発光部２が発光することもできる。
好ましくは、傾斜光９が広角光１０を含むように、発光部２が発光する。
これにより、傾斜光９を導体パターン２３の側面でより一層確実に反射させることができ、より一層鮮明な導体パターン２３の画像を得ることができる。

さらに、広角光１０と入射光軸１３との成す角度αが、上記した範囲にあれば、より一層鮮明な導体パターン２３の画像を確実に得ることができる。一方、広角光１０と入射光軸１３との成す角度αが、上記した範囲を超える場合には、導体パターン２３の端部の周辺の金属支持層２１における反射光１１を受光してしまい、鮮明な導体パターン２３の画像を得ることができない場合がある。

また、入射光７の波長が上記した範囲にあれば、導体パターン２３、とりわけ、銅から形成される導体パターン２３において入射光７を確実に反射させて、受光部４において反射光１１を確実に受光し、鮮明な導体パターン２３の画像を得ることができる。
一方、入射光７の波長が上記した範囲を超える場合は、入射光７が導体パターン２３の表面において乱反射し、そのため、反射光１１を確実に受光できない場合がある。また、入射光７の波長が上記した範囲に満たない場合には、導体パターン２３の表面における入射光７の反射率が低下して、反射光１１を確実に受光できない場合がある。

また、上記した説明では、本発明の検査装置を、回路付サスペンション基板２０の検査に用いているが、例えば、図示しないが、金属支持層２１が補強層として設けられたフレキシブル配線回路基板などの各種配線回路基板の検査にも広く適用することができる。

以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、何ら実施例および比較例に限定されることはない。
実施例１
（同軸照明が単独採用され、傾斜光が広角光および狭角光を含む態様）
上記した各部材（光源としてＬＥＤを備える発光部およびＣＣＤカメラからなる受光部）を備え、同軸照明が単独採用された検査装置を用意した。

この検査装置では、発光部および受光部は、入射光軸および反射光軸が一致するように配置されている。
また、発光部が、直線光および傾斜光を含む波長６５０ｎｍの入射光を、ハーフミラーの反射によって、下記に示す回路付サスペンション基板の金属支持層および導体パターンに入射するように、発光可能に配置されている。

また、傾斜光は、光軸とのなす角度が、５度を超過し、１５度以下の広角光と、光軸とのなす角度が、５度未満の狭角光とを含んでいる。
また、ハーフミラーの長さ（Ｌ１）は２１．２ｍｍ（上下方向長さ１５ｍｍ）、幅が３０ｍｍである。
回路付サスペンション基板は、厚み２５μｍのステンレス箔からなる長尺の金属支持層の上に、厚み２０μｍのポリイミドからなるベース絶縁層、厚み１０μｍの導体パターンおよび厚み１０μｍのポリイミドからなるカバー絶縁層が形成されている。なお、導体パターンの鏡面光沢度（ＪＩＳＺ８７４１−１９９７、入射角４５度）は、８００％であり、波長６２０ｎｍの光に対する反射率は、９０％であり、表面粗さＲａ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）は、６０ｎｍであった。

そして、検査装置の受光部およびハーフミラーによって入射光を金属支持層および導体パターンに入射させ、それらから反射する反射光を受光部によって受光し、ＣＰＵによって、導体パターンが現された画像処理図を得た。得られた画像処理図を図４に示す。
実施例２
（同軸照明が単独採用され、傾斜光が狭角光のみを含む態様）
発光部が、入射光が広角光を含まないように発光する検査装置を用いた以外は、実施例１と同様にして、導体パターンの形状を観察して、導体パターンが現された画像処理図を得た。

すなわち、傾斜光は、広角光を含まず、狭角光のみを含んでいる。
得られた画像処理図を図５に示す。
比較例１
（同軸照明およびレンズ照明が併用される態様）
発光部が、入射光が広角光を含まないように発光する検査装置を用い、さらに、かかる発光部に加え、レンズ照明（入射光軸との成す角度３０〜４０度）のレンズ発光部をさらに備える検査装置を用いた以外は、実施例１と同様にして、導体パターンの形状を観察して、導体パターンが現された画像処理図を得た。得られた画像処理図を図６に示す。

（評価）
実施例１〜２および比較例１により得られた図４〜図６の画像処理図において、導体パターンを観察し、下記の基準によって、評価した。その結果を、表１に示す。
○：導体パターンの画像が鮮明であった。
△：導体パターンの画像がやや鮮明であった。

×：導体パターンの画像がぼやけ、不鮮明であった。

１検査装置
２発光部
４受光部
７入射光
８直線光
９傾斜光
１０広角光
１１反射光
１３入射光軸
１４反射光軸
２０回路付サスペンション基板
２１金属支持層
２３導体パターン

Claims

金属支持層および前記金属支持層の上に形成される導体パターンを備える配線回路基板の前記導体パターンの良否を検査するための検査装置であって、
前記金属支持層および前記導体パターンに入射する入射光を発光する発光部と、
前記入射光が前記金属支持層および前記導体パターンにおいて反射された反射光を受光する受光部と
を備え、
前記発光部および前記受光部は、前記入射光の光軸と前記反射光の光軸とが一致するように配置され、
前記発光部は、前記入射光の光軸と同一直線上にある直線光と、前記配線回路基板に向かうに従って集光され、前記入射光の光軸に対して傾斜する傾斜光とを含む前記入射光を発光し、
前記傾斜光は、前記入射光の光軸との成す角度が５度を超過する広角光を含んでいることを特徴とする、検査装置。
前記広角光は、前記入射光の光軸との成す角度が２０度以下であることを特徴とする、請求項１に記載の検査装置。
前記入射光の波長が、５５０〜８５０ｎｍであることを特徴とする、請求項１または２に記載の検査装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の検査装置を用いて、前記配線回路基板における前記導体パターンの良否を検査することを特徴とする、配線回路基板の検査方法。